高 压 SF 。断 路 器 灭 弧 室 的 基 本 结 构 及其 特 点 黄礼邻 一、 概 述 高压 S F i 断路器 经过五十年代的研 制和 六十年代的使用，证明是一种技术经济指标 较高的断路器。由于 SF ；气体具有优异的绝 缘 和灭 弧性能 ， S F 。断路器 运行 可靠稳定和 极少 的维 护工作 量，因此 ，七十年代世界 各 国高压 电器制造厂竞相研制发展， 电力部 门 普遍使 用，八 十年代 S F 。断路 器成为 各高压 开关 厂的主导产品 。 二、高压 S F 6断 路 器 灭弧 室 的结 构 1．高压 S F 赜路哥灭 蕾室 结柯按灭弧介 质 压力 的不同分双压式 和单压式 ． ( 1 ) 双压式一 SF 。断...
高 压 SF 。断 路 器 灭 弧 室 的 基 本 结 构 及其 特 点 黄礼邻 一、 概 述 高压 S F i 断路器 经过五十年代的研 制和 六十年代的使用，证明是一种技术经济指标 较高的断路器。由于 SF ；气体具有优异的绝 缘 和灭 弧性能 ， S F 。断路器 运行 可靠稳定和 极少 的维 护工作 量，因此 ，七十年代世界 各 国高压 电器制造厂竞相研制发展， 电力部 门 普遍使 用，八 十年代 S F 。断路 器成为 各高压 开关 厂的主导产品 。 二、高压 S F 6断 路 器 灭弧 室 的结 构 1．高压 S F 赜路哥灭 蕾室 结柯按灭弧介 质 压力 的不同分双压式 和单压式 ． ( 1 ) 双压式一 SF 。断路器内部有两种 压力 ，低压 力 医主要 是保 证断路器 内绝缘 。 在灭弧室开断过程中，打开吹气阎，高压区 向低压区放气。高速气流流经喷口和触头间 眯，吹灭 电弧 。赢压 厦喷 向低压 区的那 一部 分气体，经由气体循士i：系统，用压缩机压回 高压 区，形成 封闭的 自循环 系统 。 优 点 ： ① 吹弧能 力强 ，开 断容 量大 ② 动作快 ，燃强 时阔短。 缺 点 ： ①结构复杂：两个压力系统的气体之间 须有一套压缩机系统 以维持压力羞． @ 辅助设备多：高压力区s F 气体液化 温 度高，一 般户外环境使用 ，必须 用加热装 置 ． ( 2 ) 单压式一 sF 。断路器 内部只有一 种压 力 ，灭 弧室开断 过程 中的 吹弧压力 由压 气活塞或压气缸的运动产生。 优点： ①结构简 单 @ 辅助设备少 2．高 压s F 断路器 灭蕊 窒结构按吹 蕾方 向不 同分双吹式 、单吹武 、外吹 式 和 内 吹 式 。 ( 1 ) 双吹式一 双 向吹弧 ( 见 1 ) X × ： 又 又 臣 1 一般 情况 下两 侧触头都是空 心的 ，闷成 两个相对 方 向的吹弧 气流 ，陂弧效果 强。 ( 2 ) 单吹式一单向吹弧 ( 见舟 2 ) 喷 口由空心触 头构成 ，触头 内腔 就是排 气通道 ．另一个触 头是实心 ，电弧 游离气体 经喷 口向内吹，气流量小 ，容易产生热阻塞 ． 输出能量小 ，去游离情况不理想，因而开断 电流鞍小 ．对于压气 式断路器 采用 绝 缘 喷 口，而动弧触头并无通气流的中心孔者亦唇 维普资讯 『 哿雁 电器投 术 l 991年 第 1期 此御。 二 _ ● _ _ _ _ _ _ _ 一 ● 围 2 ( 8 ) 外吹式 ( 见圈 8 ) 电弧游离气体经过喷 口向外吹敞 ，其优 点是充 分利甩了拉伐尔喷管的功 能 ，能 量扩 救迅 速 ，有提高开断能力的余地 。其缺 点是 容 易烧伤 外部绝 缘物和瓷套 内壁 有可能对 绝缘造 成影响 。 一 一 ． 一{ 图 3 。 j I~ S F 断路一的灭曩宣 结构，目触 头运动方式不 同分 定熄薯雁 和变熄弧雁 。 圈 4 1 ， 圃定 括誊 2 ，动 触 头 8 ， 静 触头 4 压气室 5 ，静触头 ( 1 ) 定熄弧距 ：触头间的距离在分闸 过程中固定不变 ( 觅图 4 ) ．此灭弧室起采 用单压式 ．双 向内纵欢定开照结构。二 带 喷嘴的空心静触头保持不变的开距 ，桥 的 劫触头和 压气 室一起运 动 ，分 闸过程是拆 型 动触头离开上静触头 ，压气室里被 压 缩 的 S F 。气体对 电弧产生强烈气吹而熄弧 ，被 眶 缩的S F 气休经喷嘴沿二个空心静触头国外 排 出。 特点 ： ①开 距小 ，触头 间电场状态 较 好 ， ：效 电弧 长度较短 ，外能源 输入 电弧 能疑较 ， 有 和于熄弧 ． ② 由于 内纵喷压气室绝缘部分不受电弧 作 用 ，不被烧 损 ，而 且开 断 以后 ，压气室上 端 越过两静触头 间开距，保证开 距的绝缘强 度 ( 这也是开距可以较小的原因 ) 。 ③这种结构缺点是气体利用率不高，气 政行 程小 ，全行程 和予压缩行 程都 相应 地蹭 大。由于内喷气体是经触头内腔排出，喷日 形状及排 出通道 的尺 寸受 一定 限制，有可能 不利于防止热阻塞。 ( 2 ) 变熄弧距：触头间的距离在灭弧 过程中不断变大至最后位置 ( 见图 5 ) 变熄弧距结构 ：在 导 电回路上 生触头和 灭弧触头完全分开，两个喷 口都布置在运动 触头懊I．当断路器分闸时，压气缸随触头一 起运动，压气缸 中的s F 气体被压缩，因而 压力升高 ，当动静孤触头 分离时就 吹电弧 的一端弧根 ，当喷 口喉部打开时 ，电弧的 另 一端也受吹拂，吹弧喷 口，截面逐渐变大， 气流增强使电弧弧极受到强烈冷却去游离， 从而 柱电弧 电流过零瞬间熄灭 。 4．定熄弧题和壹蟪弧燕结构的 设 计 原 捌 。 ( 1 ) 定熄弧距结构的设计原理： 是防止 电弧堵塞 ，因此要遵循 下述 的原 剜： 维普资讯 高压 电器技术 1 991年 第 i 期 23 ／ 匡／ 一 一 图 5 1 ，压 缸 2 、线 ，动弧触头 ．动主触头 5 、喷嘴 6 、静弧触头 7 ，静主触头 ①弧 触头刚分时 ，压气缸 内压力 P c 和 喷嘴 处压 力P o的 比 达 到 临 介 值 I ．7，此 P 后在整个气吹时间内 } 均不小于临介值 u 从而 获得临介气流 以利于熄 弧 @ 在燃弧期 间内，不允 许出现喷 口堵塞 现象 ，因为随着开 断 电流的增 加 ，电弧 直径 不 断增 大 ，当 电弧直径等于喷 口直径 时 ，出 瑰 噫 口堵塞现象 ，喷 口堵塞 后严重削弱 了吹 弧气流 从而影响了开断性能。 @ 为了防止喷 口堵塞 ，必须选 择较大的 喷 日截 面 ，压气 缸的 截面也必须 大，由于灭 弧 室径 向尺 寸主要 取决 于压气缸截面 ，从而 使灭弧室 尺 寸增大 。 ( 2 ) 变熄弧距设计原理： 是利用 电弧阻塞 和 解除 阻塞 的 过程 进行 熄弧的。 电弧对气 流的影响是非常 大的 在开断 过程 -1J 由于 电弧 的作用 使 弧 区S F 气体膨胀 ，并 引起弧 区压力 P 。升 高 这就降低 了压气 缸 ( P c ) 和弧 区 的压 差 P c P。，减少了吹孤 的气体 流量 ，从 而 导致 喷 口 阻塞 。但是短路 电流是 按正 弦 曲线交变，如果仅在 电流峰值附近 发 生 阻 塞 ，而在 电流零 区附近 电弧能 量大 大减 少 ， 弧 区压力急剧 下降 ， “ 阻塞 ” 现象迅速下降 并获得 良好的 自压气缸吹 向弧 区的气 流 ，从 而成功地熄弧 实质上是将 电流幅值附近的 电弧能量， 以压力的形 式储存于压 气缸 内 ，并在 电流过 零附 近释放 出来 以帮助 熄弧可算之 为 利 用 阻塞 原则 5．定撼 弧睫和变壕 重距 结构的比较 ( I ) 在气体和J用率方面 压 气式灭弧室 结构主要是靠气吹灭强 若气体利用率高，那么压气缸的容积就可以 小 ，随之操 作功的 需要也较低，机械输 出的 功 要求也就较低． 所 谓气体利用 率 n = 一 临介速度气 吹气体 利用率 ： 压 气缸 总容 积一1．63寄生容积 1 而 蕃税一 在相 同的 喷 口面积下 ，寄生容 积越 大 ， 则 可 以用于临介气吹 的气体利用 率越 慨。 定熄弧 距的最大的 固有缺 点 ，就是寄生 容积 很大 而变熄弧距 的寄生容积 就 少 得 多 ，因此在气体利 用率方 面，变 熄弧距结构 比定魑弧 距结构 好。 ( 2 ) 在电弧目B量的利用方面 利用 电弧能量的堵塞效 应来节约压气 缸 内的气体 ，提高它在电弧电流过零时的气体 维普资讯 高压 电器技术 1 991年 第 1 期 压 力的 重变 ，可 以获 得耐受较高的恢 复电压 的上升速 率。 变熄 弧距 结构： 由于气体利 用率高 ，压 气 缸 容积较小 ， 因而较 有利 于 电弧能力的 利 用 。 定熄弧 距结构 ：气体利用率低 、压气 缸 窖积太 ，姗很难有效 地利 用 电弧 能量。 因此 ，在 电弧能量的利 用方 面、变 熄弧 距 比定熄弧 距较 为有利。 ( 3 ) 在新 口电场方 面 定熄弧距 结构选用最佳开距 而且 电极表 面光 滑，托 得斟较 均 匀的 电场 。但定熄弧 距 向更高电压 发展 是有 困难 的 ，因为极 间距 的 增 加 ，电场 就会 向不均 匀发展 变熄弧距结 构： 图开距较 大经改变触头 结构 ，使 电坜趋 于均匀化 ，因而断 口承受 电 压较高 ，梭变熄弧距 承受 断 口电压 比定熄弧 距 高。 ( 4 ) 在气流场方面 定熄弧距结 构：从气流场 出发 ，存 在着 最佳开距 ，但受绝缘水平 和断 口数的影响 ， 隹结构上不宜将 触头 开距放得很大 。若不 能 按最佳开 距设 计 ，在气 流场 中二个 固定 盼触 头之间就不免 存在着较大 的固定死 区部 分 ， 其结果表现为容易产生 电击穿 。 变熄弧距结构 ：从气 流场 出发 它的优 点 是喷口疑小截面处气流可以得到充分利用， 并且在 吹弧 过程 中，触 头开距 不断 变大，使 气流死区不断的变化 ，面破坏其稳定性，同 时熄弧后有较大的绝缘间隙。它的缺点是： 随燃弧时 间的 增长 、触头距离的 增大 ，气流 的气体密 度和压 力随喷 口电弧 下赫区的扩张 而下降 使弧道的 去游离 效果有所减弱。 所 以在气流场方面 ，两者各有优缺点 。 ( 5 ) 在电寿命 方面 定 熄弧距灭 弧室对开 断大电流有利 ，累 般 开断 电流大 ，电寿命长 。 西开 厂 自行设 计的L W i~ 220高压 断路 器 ，灭 弧室 是采 用单压 、双 向、 内纵 吹定 熄 距结构 ，它的耐 弧锕钨喷嘴 ，累计开 断 电流 达5332k A 。 西开 厂 自行 设计的L W i 20 型 S F i 高 压断路器灭弧室，也属单压 、双 向、内纵吹 定熄弧距结构 ，两 次检 修之间累 计开 断 电流 达 20D0k A 。 西 门子公 司的定 熄弧距灭 弧 室 额 定 开 断 电 流 已达 8 OkA 。 ( 6 ) 变熄 弧距灭 弧室结 构 日本 日立公 司压 气式灭 弧 室 属 变 熄 孤 距结构 ，是同期吹弧的双吹结构，其特点是 触头分离到可能熄弧距离时，动弧触头侧的 排气通道和喷口同时开放吹弧，在这以前则 封 起来不排 气 ，以使压气缸压 力迅速增长 。喷 口下 方迅速扩大，其扩张角大大超过拉伐 和 喷 口的角 度要求 ，这是为了使压力特性 平坦 之故，这样的压 力特性十分理想。同时保证 吹弧气流处于临介或超临界状态，流速高， 流量大 ，有利于熄灭 电弧．每个断 口承受 电 压 能力傲到363k V 。 日本三菱公司的灭 弧室是 属变 熄弧距 ， 双吹结构，其特点：二个喷 口都在运动侧， 即 动弧触头 中心有吹弧孔 。弧触头 一分离就 吹 电弧的 一端 弧根 ，此 后绝缘喷 口开放 ，电 弧的 另一端 也受到吹拂 ，吹 弧喷 口的截 面逐 渐变 大。它既利 甩了电弧的堵塞效应 ，还利 用了一些素 流作用。在喷 口喉部 直 线 段 开 槽 ，产生 紊流 ，紊流使 电弧扭 曲和延 长，使 得游离气体急剧冷却 对开断及耐受恢复电 压的峰值都有好处．素流的热传导加强了对 电弧的 冷却 。 目前对 素流作 用还青争 沦，有 待夸后 进一步研究和探 讨。另外三菱 公司的 灭 弧室 ，喷 口喉径压气 缸直径 都 比较小 ，结 构上还有一些与众不同的特点，如取消了回 气阀结构，简单可靠， 目前断 口电压已傲捌 4 2 0k V 。 L W 2 220高压S F 断路器 ，灭 弧室 属 维普资讯 高压 电器技术 1991年 第 1 期 变熄弧距结构 ，是西安高压开关厂与南斯拉 夫 E ner go inv es t技术 合作的戚 果 。 在 此 基础上 ，西开又开发了5okA 的产品。 它既 像留了原型产品的特点，喷 口带稽，压气活 塞直径较小 ( l 80 ) 等，又吸收了其 他 一 些产品优 点 ，尽管 只有 一个断 口，能 顺利地 开 断 电流盼50k A 恢 复 电 压 峰 值 L 1 c 达 4 5 0 k V 。 三 、结 束 综 上 厨j￡．_姒 变 熄弧距较易J占剑先进 的 技术 经济指标。 变 熄弧 距舞擘巨大 ，断 日承受 电压 高 ，带 来的好 处是 ：减少每相 串联断 口数 ，性 芙 结 构简化 ，可靠性提高 ，成本下降 ，占地 嘶 积小。 这对超 高压S F 开关 尤其重要。 目前单断 口最高工作 电 压252k V 已 较 普遍 了 ，三 菱公 司 已将断 l口 电 压 提 稿 到 420k V ，已做 出42ok V 单龋 口55ok V 双断 S F ．断 路器。 世界上许多公司都在全力研制变熄弧距 灭 弧室 ，如三菱 公司、 日立 公 司 ，MG 公 司 ，西安高 压开关 上 海华 通开关厂、 沈 阳高压开关厂 、平 顶 山开 关厂等，．1开发构 高 压 sF 断路器灭 弧 室，都采 用变 熄 弧 距 结 构 。 唯西门子公司多年来坚持不懈地矾究定 熄弧距灭 室结构 ，极 力发挥其优 点。 目前达 到最 高水平是 每断 口承受245k V 8Gok V 产 品 每相四断 口串联，力图把 断 口电压提 商到 更 高水 平。 结 构 ，变熄弧距 又发展 了轴 向同步双喷的结 构 。 要设 计最佳的灭 弧室 ，不 论是 定 熄 弧 距 ，或变 熄弧距灭 弧室 ，都 必须 要 处 理 好 灭弧室内各参数的配合关系} 如喷口、触头 的形状与尺 寸、触 头间电场 、气 流排 出的 路 径、合理的压力比和速度特性等。}1{于各灭 弧 室的结构和 参数配合的不 同 ，使 得一 断 路 _器对各种系统特性的开断能力也有所差 异。 有的灭 弧室结 构对母线端短路开断 很轻松 ， _丽对 近区故障 开断 就显得较 困难 ， 有的灭 弧室结 构刚相 反。有些灭弧室燃 弧时 间 、 撕 有些燃弧 时间短等 。为了设计 出最佳的灭 弧空 悔，我们磐颁 重视 理论 方面的开 发。 在相 列的灭 弧室结构条件下 触头 金属 蒸气绝缘喷 口的气 化影响断 口介质强 度的恢 复 ，影 响开断性能和 电寿命 。因此 今后研究 高的耐 弧喷 口和 触头材料 ，以及] ：艺处理 方 法的改进也是非常重要的 。 零件 制造 工艺水平和制造质量的提 高都 有助 于高压S p。断路器 各项 开断性 能 的 提 高 。 参考文黛 ： 1 ． 《高 压电器 》清华大学编 2 ． s F 压气 式断路器灭弧 室结构参数 选择及优化 ( 一 ) ( 二 ) 姜惠文 ( 高压 电器技术 》i 990年 I一2期 3 ．超 高 压s F 断路器单元的 研究 姜 国善 4 ． F 断路器 钟 友飞 近年来，定熄弧距灭 弧室 已出现 了双动 敬告读 者 有少数单位因合并 迁移新址或 啄书写地址不详，致渔期刊无法正常投寄，为保证本刊 能及时郝寄蓟您手中，凡有收迁或原书地址 ( 包括邮政编 ) 不详的单位和有关读者请 尽抉 将详细地址函告编辑部。 本刊编辑部 维普资讯
